內(nèi)容簡介

現(xiàn)在被稱為“黑洞”的現(xiàn)象早在1783年就有描述，當(dāng)時(shí)那些理論被當(dāng)作純粹的空想而被人無視——看不見的星星聽起來過于難以置信，所以沒有被人嚴(yán)肅對(duì)待。直到射電天文學(xué)、相對(duì)論、扭曲空間的數(shù)學(xué)模型得到發(fā)展，那些看不見的星星的真正意義才逐漸清晰。

正如約翰·格里賓所述，“幾乎所有的天文學(xué)家都會(huì)把黑洞看做我們宇宙的構(gòu)成要素”。很多人相信黑洞具有通向其他時(shí)代、其他地點(diǎn)的類似通道一樣的功能，而且其中還蘊(yùn)藏著宇宙大爆炸的奧秘。史蒂芬·霍金將其視為蟲洞，連接母宇宙和嬰兒宇宙。新興宇宙、中子星和X射線、白矮星、類星體、脈沖星，相關(guān)理論細(xì)節(jié)將一一陳列在這本扣人心弦的書中。

常識(shí)告訴我們時(shí)間穿梭是不可能的。常識(shí)還告訴我們，如果認(rèn)為運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)縮短并且變得越來越重，而且穿梭到遙遠(yuǎn)星球又返回地球的宇航員會(huì)比待在家里的雙胞胎兄弟年輕一點(diǎn)，這是無稽之談。對(duì)于宇宙運(yùn)行所遵循的規(guī)律來說，當(dāng)涉及時(shí)間穿梭的時(shí)候，常識(shí)不一定總是很好的指南，其他事情也是一樣，重要的是弄清那些規(guī)律真正告訴我們的是什么，而不是我們想要它們說些什么。但是，那并不意味著我們可以對(duì)哲學(xué)家們所提出的時(shí)空穿梭疑問和在我們的概念常識(shí)中隱含的疑問完全置之不理。如果時(shí)間旅行是可能的，肯定意味著需要拋棄一些關(guān)于現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的堅(jiān)定信念——物理學(xué)家不得不這樣做，在過去幾百年間這也不是第一次。

通過“時(shí)間穿梭”，我指的是兩種方式的時(shí)間穿梭，某一過程將會(huì)使你踏上行程并且返回到你出發(fā)時(shí)（或之前）的同一地點(diǎn)。這樣一次時(shí)間旅行據(jù)說可以形成一個(gè)封閉類時(shí)曲線。從“常識(shí)”的角度來看，我們可以想象一下，如果他或她進(jìn)行時(shí)間旅行并且在時(shí)間旅行者的母親出生前設(shè)法以某種方式（或非故意導(dǎo)致的）使其外祖母死亡，對(duì)于時(shí)空旅行者來說將會(huì)發(fā)生什么，就能生動(dòng)地說明這類時(shí)間穿梭的問題。在那種情況下，時(shí)間旅行者就不會(huì)出生。因此，時(shí)間旅行是絕不會(huì)發(fā)生的，外祖母也不會(huì)死亡。那么，時(shí)間旅行者是在哪種情況下出生的？

悖論和可能性

用更科學(xué)的術(shù)語來說，封閉類時(shí)曲線的問題可能違背了因果關(guān)系。因果關(guān)系是一種假定關(guān)系，它表明原因總是要先于結(jié)果的。如果我扳動(dòng)房門旁邊墻上的開關(guān)，燈會(huì)在我扳動(dòng)開關(guān)之后點(diǎn)亮，而不是之前。甚至在相對(duì)論的常規(guī)框架內(nèi)，它允許以不同速度運(yùn)動(dòng)的觀察者看到以不同順序發(fā)生的或發(fā)生在不同時(shí)間的相同事件（有時(shí)候），雖然觀察者正在運(yùn)動(dòng)，他也絕不會(huì)看到房間內(nèi)的燈光在我扳動(dòng)開關(guān)之前亮起。想象一個(gè)正在移動(dòng)的火車車廂的中間位置有個(gè)光源。不同的觀察者可能提出不同意見，從光源發(fā)出的兩道光是否會(huì)同時(shí)到達(dá)車廂的兩端，或者哪一道光會(huì)首先達(dá)到適當(dāng)?shù)囊欢耍坏?，所有觀察者都同意，光束在到達(dá)墻面之前離開了光源。大多數(shù)物理學(xué)家相信因果關(guān)系是自然界不可違背的規(guī)律；但是事實(shí)上，他們沒有證據(jù)證明。沒有人發(fā)現(xiàn)因果關(guān)系被違背，但是，與宇宙監(jiān)督“規(guī)則”相同，事實(shí)上物理學(xué)規(guī)律中并未要求因果關(guān)系是真實(shí)的。因果關(guān)系規(guī)律不過是科學(xué)術(shù)語中所表達(dá)的我們關(guān)于時(shí)間的常識(shí)性觀點(diǎn)。

那么，我們?nèi)绾谓鉀Q“外祖母悖論”？有兩種行之有效的可能性，科學(xué)家、哲學(xué)家和科幻小說作家（最容易理解的）就此展開了廣泛的討論。首先，過去發(fā)生的事情都是不能侵犯的，這已經(jīng)確定為一種僵化的模式。所有已經(jīng)發(fā)生的事情，包括你穿梭回到過去拜訪外祖母，從這一觀點(diǎn)來看，它已經(jīng)發(fā)生了并且不能改變。因此，無論當(dāng)你出發(fā)開始時(shí)間旅行的時(shí)候意圖如何，你所做的事情都無法改變過去。假定你抱著謀殺的意圖出發(fā)，當(dāng)你瞄準(zhǔn)外祖母的時(shí)候槍將會(huì)射偏；或者，可能經(jīng)過一系列偶然性事件，你事實(shí)上根本見不到她。關(guān)于這種想法的一個(gè)小變化是時(shí)間旅行和改變過去是可能的，但是沒有任何重大意義。例如，如果你回到過去砍倒一棵樹，在那個(gè)地方又會(huì)長出另一棵樹；如果你在你外祖母還是一個(gè)年輕姑娘的時(shí)候謀殺了她，你的外祖父可能就與她的妹妹結(jié)婚，這樣你所繼承的基因物質(zhì)會(huì)出現(xiàn)微小的變化等等。在弗里茲·雷伯的“改變戰(zhàn)爭”系列故事中，有兩個(gè)對(duì)立的時(shí)間旅行者團(tuán)體，他們想要利用自身的優(yōu)勢改變過去擊敗對(duì)方。雖然他們盡一切可能嘗試，但是他們做出的改變好像影響力很小，并且遵照雷伯故事人物中提到的“現(xiàn)實(shí)守恒定律”，這些改變?cè)谕ㄟ^時(shí)空連續(xù)體傳播很遠(yuǎn)之前“就滅失了”。這種外祖母悖論解決方法最讓人擔(dān)心的是，它在多大程度上消除了我們擁有自由意志和真正獨(dú)立行動(dòng)的能力。如果過去是如此嚴(yán)格意義上的固定不變，還伴隨著封閉類時(shí)曲線，未來可能也是完全固定不變的，而且，縱使我們決心要改變事件的結(jié)果，我們對(duì)時(shí)間流動(dòng)的感知不再像逼真的行動(dòng)表現(xiàn)那么真實(shí)，也不像用于制作電影的靜止圖片一個(gè)接一個(gè)投放到屏幕上面時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)間流那么真實(shí)。

在某種意義上可以將時(shí)間視為一種不能改變的固定維度，赫伯特·喬治·威爾斯在他著名的小說《時(shí)間機(jī)器》中第一次提出這一想法。在愛因斯坦發(fā)布相對(duì)論之前10年，甚至在閔可夫斯基用四維空間幾何學(xué)描述這一特殊理論之前很長時(shí)間，威爾斯就提出“在時(shí)間和空間三維的任何一個(gè)維度之間都沒有差別，除非我們的意識(shí)觀念隨之發(fā)展”。小說中虛構(gòu)的時(shí)空旅行者將我們所視為三維立方體的東西描述為一個(gè)固定的和無法改變的包含時(shí)間的四維實(shí)體，因此具有自己的長度、寬度、厚度和持續(xù)時(shí)間。但是，問題是，如果在四維空間中一切固定不變，那么時(shí)空旅行者如何對(duì)故事后面參與的事件產(chǎn)生影響呢？根據(jù)威爾斯對(duì)這些冒險(xiǎn)活動(dòng)的辯護(hù)，一切都是固定不變和預(yù)先確定的，包括時(shí)間旅行者對(duì)未來的干預(yù)。這使得生活失去了大部分樂趣。解決外祖母悖論的第二個(gè)可能性更加耐人尋味。在亞原子層面上，宇宙受到根據(jù)機(jī)會(huì)和概率規(guī)律運(yùn)行的量子力學(xué)的支配。此外，還有一個(gè)老套的（而有效的）方法可以理解這意味著什么。一個(gè)放射性190尋找時(shí)間的邊緣：黑洞、白洞和蟲洞原子核的衰敗，伴隨著釋放一個(gè)粒子從而變成另一種元素的原子核，這完全取決于機(jī)會(huì)。對(duì)于每一種特殊類型的放射性元素，都存在一個(gè)特定的時(shí)間長度，在此期間原子有50：50的精確機(jī)會(huì)衰敗。這一時(shí)間間隔就是元素半衰期。量子過程對(duì)概率性的這種奴隸般的服從讓愛因斯坦感到特別受辱，他那句名言是“我不相信上帝會(huì)跟宇宙玩擲骰子”；但是所有證據(jù)（并且其中大量證據(jù)）都顯示從量子層面上來說概率確實(shí)是占有統(tǒng)治地位的。一個(gè)經(jīng)典的思想實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘f明這一點(diǎn)的奇怪含義，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者量子物理學(xué)家埃爾溫·薛定諤設(shè)計(jì)出來的，設(shè)計(jì)一只假想貓被關(guān)閉在帶有一瓶毒藥、某種放射性物質(zhì)和一個(gè)蓋氏計(jì)量器的盒子里面。設(shè)備用電線連接，如果放射性材料衰敗，蓋氏計(jì)量器就會(huì)被觸發(fā)并且發(fā)出一個(gè)裝置粉碎毒藥瓶子然后殺死貓。如果我們開始這一實(shí)驗(yàn)，關(guān)閉盒子蓋，然后等待放射性衰敗發(fā)生的這一50：50精確機(jī)會(huì)，薛定諤的問題是：在我們打開盒蓋之前盒子中的貓是什么狀態(tài)？

常識(shí)告訴我們，貓或是活著或是死了。但是，量子物理學(xué)告訴我們像原子放射性衰變這樣的事件只有在進(jìn)行觀察的時(shí)候才會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。這就是說，量子物理學(xué)表明在這種情況下放射性物質(zhì)是否發(fā)生衰變?cè)诖蜷_盒子之前是不確定的。在我們查看盒子之前，放射性材料是一種所謂的狀態(tài)疊加，一種衰變和未衰變可能性的混合狀態(tài)。一旦我們查看盒子，其中一種狀態(tài)成為現(xiàn)實(shí)，另一種狀態(tài)消失。但是，在我們查看盒子之前，盒子中的一切，包括貓，都是一種狀態(tài)疊加。因此，量子力學(xué)一直以來都被描述為同時(shí)具有死亡和活著兩種狀態(tài)——在半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，這一理論通過了每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

怎么會(huì)這樣？這一困惑的一個(gè)可能解決辦法是多世界假說。它認(rèn)為常識(shí)告訴我們，貓或是活著或是死了。但是，量子物理學(xué)告訴我們像原子放射性衰變這樣的事件只有在進(jìn)行觀察的時(shí)候才會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。這就是說，量子物理學(xué)表明在這種情況下放射性物質(zhì)是否發(fā)生衰變?cè)诖蜷_盒子之前是不確定的。在我們查看盒子之前，放射性材料是一種所謂的狀態(tài)疊加，一種衰變和未衰變可能性的混合狀態(tài)。一旦我們查看盒子，其中一種狀態(tài)成為現(xiàn)實(shí)，另一種狀態(tài)消失。但是，在我們查看盒子之前，盒子中的一切，包括貓，都是一種狀態(tài)疊加。因此，量子力學(xué)一直以來都被描述為同時(shí)具有死亡和活著兩種狀態(tài)——在半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，這一理論通過了每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。多世界假說認(rèn)為，每當(dāng)宇宙（“世界”，在這里可以用這個(gè)術(shù)語）面臨量子層面的道路選擇時(shí)，事實(shí)上它都具有兩種可能性，分裂為兩個(gè)宇宙（經(jīng)常被描述為“平行世界”，雖然事實(shí)上，精確地說，它們實(shí)際上是垂直的關(guān)系）。在這幅畫面中，當(dāng)盒子中的放射性物質(zhì)面臨衰變或不衰變的選擇時(shí)，它不會(huì)進(jìn)入一種對(duì)疊加狀態(tài)的猶豫不決。而是，整個(gè)宇宙分裂為兩個(gè)宇宙。在一個(gè)世界中，物質(zhì)發(fā)生衰變，當(dāng)你打開盒子的時(shí)候發(fā)現(xiàn)一只死貓。在另一個(gè)世界中，物質(zhì)并未衰變，你發(fā)現(xiàn)了一只活貓。兩只貓，而且都是“你的”貓，是完全真實(shí)的，在另一個(gè)世界中的對(duì)應(yīng)物完全不知情。